Evrenin Sırlarını Çözen Araştırma: Kayıp Baryon Problemi
Gökbilimciler, yıllardır evrenin yalnızca küçük bir kısmının insanlar, gezegenler ve evcil hayvanlar gibi “normal” maddelerden oluştuğunu biliyor. Planck uydusunun kozmik mikrodalga arka planındaki analizleri, normal maddenin evrende var olan her şeyin yalnızca %5’ini oluşturduğunu ortaya koydu. Ancak, yakın galaksileri inceleyen araştırmalar, gereken baryon miktarının üçte birinin eksik olduğunu gösterdi. Bu duruma kayıp baryon problemi denir.
Bu sorunu çözmek için en son çabalar, Leiden Gözlemevi‘nden baş araştırmacı Konstantinos Migkas tarafından gerçekleştirildi ve ekibi, Shapley Süperkümesi boyunca kayıp maddelerin bir kısmını tespit etti.
Normal Maddenin Nerede Gizli Olduğu
Büyük ölçekli simülasyonlar, sayılmayan atomların büyük ölçüde galaksi kümelerini birbirine bağlayan, hafif parlayan gaz ipliklerinde olduğunu öngörüyor. Bu yapıya sıcak ılımlı aralararası ortam ya da WHIM denir. Bu yapı, 1 ila 10 milyon dereceye kadar ulaşabilen sıcaklıklardadır, ancak o kadar seyrektir ki X-ışını gökyüzünde zor seçilir.
Son gözlemler, kayıp iyonların galaksiler arasında yüzerken bulunduğunu doğruladı, ancak plazmanın nerede bulunduğu hâlâ belirsizdi. Astronomlar, bu nedenle, kütleyi teorinin belirlediği kozmik ağla ilişkilendiren bir haritaya ihtiyaç duyuyorlardı.
Gizli Kozmik İpliğin Bulunması
Migkas ve ekibi, Shapley Süperkümesi‘ni hedef aldı; bu, 8,000’den fazla galaksi içeren ve yaklaşık 650 milyon ışık yılı uzaklıkta olan dev bir yapıdır. Araştırmaları, Shapley’nin galaksi kümelerini 23 milyon ışık yılı boyunca bağlayan bir köprüye odaklandı.
Migkas, “Sonunda sonuçlarımız, evrenin önde gelen modelindeki gözlemlerimizle yakından örtüşüyor,” dedi. Araştırma, A3532–A3530 kümesi ile A3528-N/S arasında köprü işlevi gören bir alanı kapsıyor.
Kozmik İplikler ve X-Işınları
Ekibin, zayıf parlayan gazı daha parlak arka plan gürültüsünden ayırmak için, geniş Suzaku X-ışınları görüntüsünü keskinleştirerek XMM-Newton ile birleştirdiği belirtildi. Suzaku, yaygın sis katmanını ölçerken, XMM-Newton noktalaşmış kaynakları temizledi, böylelikle kara delikler ve yıldız oluşumunda aktif galaksilerin parıltısının filament ışığı gibi gözükmesi engellendi.
Uygulanan bu titiz yöntemlerle, filamentin hâlâ kozmik X-ışını arka plandan yaklaşık %20 daha parlak olduğu tespit edildi. Filamentin genişliği 750,000 ışık yılı civarındadır.
Neden Bu Önemli?
Spektrumlar, köprü gazının 0.9 keV civarında bulunduğunu ve yaklaşık 10 milyon derece sıcaklığa sahip olduğunu göstermektedir. Hesaplar, elektron yoğunluğunun küp santimetre başına on milyonuncu civarında olduğunu ve baryonların aşırı yoğunluğunun 36 civarında olduğunu ortaya koydu. Bu değerler, simülasyonlardan elde edilen kısmi filamentler için beklenenlerle neredeyse tam bir uyum içindedir.
Daha önceki X-ışınları çalışmaları WHIM’i işaret etse de, genellikle daha yüksek yoğunluklar buldu. Bu, verilerin çoğunlukla çözülmemiş kara deliklerin etkisinde kalmasından kaynaklanıyordu.
Kozmik İpliğin Karşılaştırması
Bununla birlikte, bu filament, yüz milyonlarca ışık yılı boyunca uzanan süper kümeler veya galaksi duvarlarından farklı olarak, mütevazı bir 23 milyon ışık yılı uzunluğundadır. Yine de, yaklaşık on iki trilyon Güneş kütlesine sahip bir gaz kütlesi taşımakta ve bulunduğu bölgedeki çok daha büyük yapılarla rekabet edebilecek kadar baryon içermektedir.
Gelecekte Ne Olacak?
Filamentin kütlesini ölçerek araştırmacılar yaklaşık on iki trilyon Güneş kütlesi gaz hesapladılar; bu, bağlı olduğu dört kümenin ısınma atmosferleri ile karşılaştırılabilir. Bu bulgu, kayıp baryon sayısını azaltıyor ve aralararası ipliklerin kozmik bütçede göz ardı edilemeyeceğini vurguluyor.
Gelecek X-ışını misyonları aramayı genişletecekken, optik ve radyo anketleri de destek sağlayacaktır. Hızlı radyo patlaması araştırmaları, normal maddenin yaklaşık yarısının galaksilerin dışındaki alanlarda yüzer halde bulunduğunu göstermektedir. Ayrıca, Avrupa Uzay Ajansı’nın Euclid uzay aracı, kozmik ağın üç boyutlu bir haritasını oluşturarak plazmanın nerede toplandığını belirleyecektir.
Daha fazla elverişli filament tespit etmek, gazın kümelere nasıl aktığını ve zamanla yıldız oluşumuna nasıl katkıda bulunduğunu netleştirecektir. Ayrıca, günümüzde kaydedilen normal maddenin gerçekten %5 tahminine uyup uymadığı konusundaki son şüpheleri de ortadan kaldırabilir.
Bu çalışma, Astronomy & Astrophysics dergisinde yayınlanmıştır.
